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Error de medición, clasificación de tipos de errores de medición. Clases de precisión.

El error de medición se define como la diferencia entre el valor medido y el "valor verdadero". Los errores de medición afectan a cualquier instrumento de medición y pueden deberse a distintas causas. Las que se pueden de alguna manera prever, calcular, eliminar mediante calibraciones y compensaciones, se denominan deterministas o sistemáticos y se relacionan con la exactitud de las mediciones. Los que no se pueden prever, pues dependen de causas desconocidas, o estocásticas se denominan aleatorios y están relacionados con la precisión del instrumento.

En este artículo vamos a comentar los principales errores de medición existentes y sus causas. Atendiendo a su naturaleza los errores cometidos en una medición, los errores admiten una clasificación en dos grandes vertientes: errores aleatorios y errores sistemáticos:

• Error aleatorio. No se conocen las leyes o mecanismos que lo causan por su excesiva complejidad o por su pequeña influencia en el resultado final.

Para conocer este tipo de errores primero debemos realizar un muestreo de medidas. Con los datos de las sucesivas medidas podemos calcular su media y la desviación típica muestral.

Con estos parámetros se puede obtener la Distribución normal característica, N[μ, s], y la podemos acotar para un nivel de confianza dado.

Las medidas entran dentro de la campana con unos "no" márgenes determinados para un nivel de confianza que suele establecerse entre el 95% y el 98%.

• Error sistemático. Permanecen constantes en valor absoluto y en el signo al medir, una magnitud en las mismas condiciones, y se conocen las leyes que lo causan.

Para determinar el error sistemático de la medición se deben de realizar una serie de medidas sobre una magnitud X₀, se debe de calcular la media aritmética de estas medidas y después hallar la diferencia entre la media y la magnitud X₀.

Error sistemático = | media - X₀ |

Causas de Errores de Medición

Aunque es imposible conocer las causas del error es conveniente conocer todas las causas importantes y tener una idea que permita evaluar los errores más frecuentes. Las principales causas que producen errores se pueden clasificar en:

• Error debido al instrumento de medida.
• Error debido al operador.
• Error debido a los factores ambientales.
• Error debido a las tolerancias geométricas de la propia pieza.

Errores debidos al instrumento de medida

Cualquiera que sea la precisión del diseño y fabricación de un instrumento presentan siempre imperfecciones. A estas, con el paso del tiempo, les tenemos que sumar las imperfecciones por desgaste.

• Error de alineación.
• Error de diseño y fabricación.
• Error por desgaste del instrumento. Debido a este tipo de errores se tienen que realizar verificaciones periódicas para comprobar si se mantiene dentro de unas especificaciones.
• Error por precisión y forma de los contactos.

Errores debidos al operador

El operador influye en los resultados de una medición por la imperfección de sus sentidos así como por la habilidad que posee para efectuar las medidas. Las tendencias existentes para evitar estas causas de errores son la utilización de instrumentos de medida en los que elimina al máximo la intervención del operador..

• Error de mal posicionamiento. Ocurre cuando no se coloca la pieza adecuadamente alineada con el instrumento de medida o cuando con pequeños instrumentos manuales se miden piezas grandes en relación de tamaño. Otro ejemplo es cuando se coloca el aparato de medida con un cierto ángulo respecto a la dimensión real que se desea medir.
• Error de lectura y paralaje. Cuando los instrumentos de medida no tienen lectura digital se obtiene la medida mediante la comparación de escalas a diferentes planos. Este hecho puede inducir a lecturas con errores de apreciación, interpolación, coincidencia, etc. Por otra parte si la mirada del operador no está situada totalmente perpendicular al plano de escala aparecen errores de paralaje.
• Errores que no admiten tratamiento matemático. Error por fatiga o cansancio.

Errores debidos a los factores ambientales

El más destacado y estudiado es el efecto de la temperatura en los metales dado que su influencia es muy fuerte.

• Error por variación de temperatura. Los objetos metálicos se dilatan cuando aumenta la temperatura y se contraen al enfriarse. Este hecho se modeliza de la siguiente forma.

Variación de longitud = Coeficiente de dilatación específico x longitud de la pieza x variación temperatura

( ΔL = α.L.ΔT ........................)

• Otros agentes exteriores. Influyen mínimamente como Humedad, presión atmosférica, polvo y suciedad en general. También de origen mecánico, como las vibraciones del mundo. Al igual de la tierra

Errores debidos a las tolerancias geométricas de la propia pieza

Las superficies geométricas reales de una pieza implicadas en la medición de una cota deben presentar unas variaciones aceptables.

• Errores de deformación. La pieza puede estar sometida a fuerzas en el momento de la medición por debajo del límite elástico tomando cierta deformación que desaparece cuando cesa la fuerza.
• Errores de forma. Se puede estar midiendo un cilindro cuya forma aparentemente circular en su sección presente cierta forma oval.
• Errores de estabilización o envejecimiento. Estas deformaciones provienen del cambio en la estructura interna del material. El temple de aceros, es decir, su enfriamiento rápido, permite que la fase austenítica se transforme a fase martensítica, estable a temperatura ambiente. Estos cambios de geometría son muy poco conocidos pero igualmente tienen un impacto importante.

Precisión

Al calcular errores relativos, obtenemos datos que diferencian unos aparatos de medida de
otros, en función de lo precisos que sean. Por esto es importante definir qué es la precisión.

Un aparato es más preciso cuanto más pequeño es el valor que puede apreciar.

En función de esto podemos clasificar los aparatos de medida en diferentes clases de precisión.

Clase de precisión es el error relativo que como máximo puede tener un aparato de
medida. Estos valores de clase de precisión están normalizados y el valor
correspondiente de cada aparato debe aparecer indicado en su escala.

 A continuación vemos una tabla con estos valores de clase de precisión normalizados

A continuación vemos una tabla con estos valores de clase de precisión normalizados:

Las aplicaciones de los diferentes aparatos según su clase de precisión son:
Clase 0,1 y 0,2: Instrumentos para investigación.
Clase 0,5: Instrumentos para laboratorio.
Clase 1: Instrumentos portátiles para mediciones de corriente continua.
Clase 1,5: Instrumentos de medida en cuadros y aparatos portátiles de corriente
alterna.
Clase 2,5 y 5: Instrumentos de medida en cuadros.

Fuente:

- Wikipedia
- Paraninfo